基于BIM技術(shù)的既有地下管線三維自動(dòng)化建模分析

摘要：以往在地下空間開展各種工程時(shí)，由于地下空間的管線數(shù)量諸多，稍有不慎可能對(duì)某些管線造成破壞，所以一般在開展地下工程之前，需要針對(duì)地下管線展開全方位檢測(cè)。為了確保檢測(cè)結(jié)果足夠精準(zhǔn)，本文以BIM技術(shù)為基礎(chǔ)，針對(duì)既有地下管線展開三維自動(dòng)化建模，并以某工程為例，詳細(xì)分析BIM在既有地下管線三維自動(dòng)化建模中的相關(guān)要點(diǎn)，這樣便可根據(jù)模型確定管線具體狀況，調(diào)整工程施工方案，避免地下管線遭到各種破壞。

關(guān)鍵詞：BIM技術(shù);既有地下管線;三維自動(dòng)化建模

引言：以往在城市規(guī)劃中，通信線路、電力線路以及給排水線路，都是由不同部門負(fù)責(zé)開展，這些部門之間并不會(huì)相互共享管線安設(shè)信息，而且大部分管線都處于無(wú)人看管的狀態(tài)，一旦需要在地下空間開展其他工程，這些管線必然會(huì)增加地下工程的開展難度。為了避免地下管線對(duì)工程開展造成限制，在開展地下工程時(shí)，可以通過(guò)BIM技術(shù)提前進(jìn)行管線建模，利用模型為工程提供更多參考信息，只有這樣才能避免地下管線檢測(cè)結(jié)果出現(xiàn)錯(cuò)誤數(shù)據(jù)。

1.BIM技術(shù)概述

BIM技術(shù)英文全稱為： Building Information Modeling， 主要是指利用三維建筑數(shù)字化技術(shù)，對(duì)整個(gè)建筑工程的三維建筑數(shù)字化模型進(jìn)行施工處理，制成一個(gè)可以存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)中的三維數(shù)字化建筑工程設(shè)計(jì)模型，并將所有建筑工程施工相關(guān)信息添加到工程模型中，形成了建筑工程施工相關(guān)信息處理數(shù)據(jù)庫(kù)。BIM還可以更真實(shí)地模擬響應(yīng)管道的三維時(shí)空長(zhǎng)度分布的變化，同時(shí)，它還能模擬地下生成管道模型的安全性，檢測(cè)所有安全問(wèn)題，如管道生產(chǎn)模型之間的沖突和管道之間的沖突。通過(guò)各種BIM模擬，不僅能快速確定合理的設(shè)計(jì)方案、施工進(jìn)度和將施工所需的整個(gè)工程機(jī)械產(chǎn)品及原材料供應(yīng)和進(jìn)度，快速計(jì)算和工程設(shè)計(jì)方便的改變時(shí)間相應(yīng)的整個(gè)工程的建設(shè)成本，為整個(gè)項(xiàng)目快速準(zhǔn)確地生成預(yù)算。不僅可以自動(dòng)優(yōu)化項(xiàng)目設(shè)計(jì)，還可以根據(jù)每個(gè)項(xiàng)目的實(shí)際需要自動(dòng)生成相應(yīng)的項(xiàng)目圖像。

2.地下管線三維自動(dòng)化建模

BIM技術(shù)是在應(yīng)用于地下排水管線三維工程信息管理模型時(shí)，根據(jù)不同項(xiàng)目實(shí)際應(yīng)用環(huán)境特點(diǎn)的不同，在具體設(shè)計(jì)流程中可能存在一定的技術(shù)差別，詳細(xì)流程如下圖所示：

根據(jù)上圖可以將地下管線三維自動(dòng)化建設(shè)流程分為：（1）物探，物探的工作目的主要任務(wù)是對(duì)在BIM等軟件程序運(yùn)行管理過(guò)程中所可能需要的大量數(shù)據(jù)資料進(jìn)行分析獲取，從而為物探建模工作程序運(yùn)行奠定良好的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，在物探建模工作的具體開展運(yùn)行過(guò)程中，需要正確選擇其相對(duì)應(yīng)的物探探測(cè)設(shè)備，并且還需要在結(jié)合原有物探圖紙的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上對(duì)其進(jìn)行準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)探測(cè)。（2）二次開發(fā)，進(jìn)行設(shè)計(jì)二次開發(fā)的設(shè)計(jì)目的，主要是為了保證所有信息數(shù)據(jù)的一致性，根據(jù)系統(tǒng)模塊中所對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)內(nèi)容的不同，所需要設(shè)置的數(shù)據(jù)內(nèi)容也就會(huì)有所謂的不同。在這些模塊化的設(shè)置工作完成之后，就已經(jīng)可以初步設(shè)計(jì)建立出三維立體模型。（3）碰撞復(fù)測(cè)檢查，碰撞復(fù)測(cè)檢查功能是BIM檢測(cè)軟件本身自帶的重要技術(shù)功能之一，在碰撞復(fù)測(cè)作業(yè)設(shè)計(jì)完成之后，會(huì)自動(dòng)產(chǎn)生與其對(duì)應(yīng)的相關(guān)信息，設(shè)計(jì)技術(shù)人員隨時(shí)可以根據(jù)這些相關(guān)信息，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)管線開展其相對(duì)應(yīng)的碰撞復(fù)測(cè)檢查工作。確保地下施工管線位置模型與實(shí)際基層埋設(shè)時(shí)的位置模型達(dá)到完全基本相符的施工狀態(tài)同，從而為下一步施工設(shè)計(jì)奠定技術(shù)基礎(chǔ)，減少由于地下施工設(shè)計(jì)方案結(jié)構(gòu)設(shè)定不合理而可能造成零件破壞和無(wú)法返工等的工序，降低地下工程施工的技術(shù)成本。

3.基于BIM技術(shù)的既有地下管線三維自動(dòng)化工程案例

3.1 工程案例

本工程位于上海市寶山區(qū)軍工路南側(cè)，屬于低壓高架路管線設(shè)計(jì)施工提供重要基礎(chǔ)設(shè)計(jì)資料，避免因施工高壓公路管線不清，在盲目施工時(shí)隨意修改管線設(shè)計(jì)，造成人、財(cái)、物嚴(yán)重浪費(fèi)，延誤設(shè)計(jì)工期，也為了保證施工時(shí)高壓管線的正常保護(hù)使用提供重要依據(jù)， 避免盲目使用施工對(duì)高壓管道造成嚴(yán)重破壞而造成的重大經(jīng)濟(jì)損失和不利的社會(huì)影響，對(duì)地下管道進(jìn)行了專門的綜合探索。

3.2 工程難點(diǎn)

在本次工程中開展難點(diǎn)主要有以下幾方面： （1）檢測(cè)區(qū)域多為硬質(zhì)路面和部分綠化帶。這次行動(dòng)需要把路面鑿破。估計(jì)每個(gè)精細(xì)檢測(cè)位置的破碎路范圍為2米*0.4米，業(yè)主需要協(xié)調(diào)挖掘回填相關(guān)事宜。（2）探測(cè)范圍內(nèi)的一些道路開放通行。在作業(yè)期間，業(yè)主應(yīng)對(duì)作業(yè)區(qū)域內(nèi)車輛的移動(dòng)，協(xié)調(diào)相關(guān)交通部門的工作;（3）現(xiàn)有鐵路南北方向探測(cè)區(qū)域，雙方均有停運(yùn)，據(jù)勘測(cè)，鐵路位置自來(lái)水管道埋深約5米，該區(qū)域應(yīng)由業(yè)主協(xié)調(diào)相關(guān)部門辦理手續(xù)，允許施工、運(yùn)營(yíng)，如果允許手續(xù)齊全，建議在東側(cè)抽水站進(jìn)行施工的吊車將工具運(yùn)到鐵路區(qū)域，應(yīng)由業(yè)主進(jìn)行協(xié)調(diào);（4）由于本次檢測(cè)主要針對(duì)高架橋橋墩的位置，如需在泵站區(qū)域設(shè)置橋墩，應(yīng)告知泵站的基底邊界，避免對(duì)其造成破壞。

為了順利解決地下管線的探測(cè)問(wèn)題，最終決定通過(guò)BIM技術(shù)構(gòu)建三維自動(dòng)化模型，但在建模過(guò)程需要注意以下要點(diǎn)。

4.基于BIM技術(shù)的既有地下管線三維自動(dòng)化建模要點(diǎn)

4.1數(shù)據(jù)整理

族是創(chuàng)建BIM模型過(guò)程的基本部分，BIM模型是一個(gè)功能單元，而用于控制參數(shù)初始化過(guò)程的函數(shù)家族類型是創(chuàng)建家庭模型過(guò)程的基本部分。為了便于地下排水管道的批處理建模，有必要建立地下排水管道的批處理建?；A(chǔ)。根據(jù)管架設(shè)計(jì)的要求和實(shí)際應(yīng)用，創(chuàng)建了標(biāo)準(zhǔn)化的地下隧道線路各參數(shù)的沿襲庫(kù)，其主要是基于地下隧道管道規(guī)范的基礎(chǔ)知識(shí)內(nèi)容的創(chuàng)建方法，根據(jù)不同類型的地下管線設(shè)置相應(yīng)的管線附屬物，結(jié)合實(shí)際應(yīng)用需要?jiǎng)?chuàng)建相應(yīng)的管線。通過(guò)對(duì)地下排水管道的研究和優(yōu)化，規(guī)范建立了各種附屬家庭庫(kù)和類型。在普通地下排水管道中設(shè)置配套家庭庫(kù)，如：檢查井、閥門、水表、信號(hào)桿等，每套約20種。這些子族的長(zhǎng)度、寬度、高度和運(yùn)行方向，由需要?jiǎng)?chuàng)建的各種參數(shù)控制，可根據(jù)實(shí)際情況而改變，滿足了地下管線建模需求。除此之外，當(dāng)這些數(shù)據(jù)足夠充足后，施工單位便可對(duì)所有數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一整理，根據(jù)整理結(jié)果確定錄入BIM平臺(tái)中的建模信息，這樣模型尺寸就會(huì)在大量數(shù)據(jù)的支持下更加貼近于實(shí)際情況，從根本滿足既有地下管線三維自動(dòng)化建模的各種需求，并以此降低本次工程的開展難度。

4.2建模

在本次開發(fā)工程中僅在完成設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)收集整理各個(gè)環(huán)節(jié)后，便人員可立即開始準(zhǔn)備著手進(jìn)行準(zhǔn)備地下排水管線設(shè)計(jì)模型的正式開發(fā)建設(shè)，在此一個(gè)環(huán)節(jié)中就需要人員靈活運(yùn)用MicrosoftVisualStudio等軟件，將其與BIM技術(shù)相互結(jié)合后進(jìn)行合理化的開發(fā)。在系統(tǒng)開發(fā)設(shè)計(jì)工作全部完成之后，要求實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)模塊的基礎(chǔ)功能主要包括工程數(shù)據(jù)的自動(dòng)批量處理導(dǎo)入，多孔隧道管線自動(dòng)排布、管線自動(dòng)批量避讓和無(wú)線連接、運(yùn)行過(guò)程數(shù)據(jù)自動(dòng)導(dǎo)入等多個(gè)功能方面，從而用戶能夠依據(jù)實(shí)際應(yīng)用情形自動(dòng)進(jìn)行系統(tǒng)建模，模型如下圖所示：

根據(jù)本工程項(xiàng)目工作開展的總體要求， 在準(zhǔn)確設(shè)置地下隧道線路號(hào)數(shù)據(jù)模塊號(hào)時(shí)，首先要根據(jù)地下管道的點(diǎn)號(hào)、不同的主要功能和特殊材料分別確定地下管道的編號(hào)，要采用相應(yīng)的編號(hào)為精確的英文大寫和字母，相同的材料類型的地下管線根據(jù)垂直和水平方向坐標(biāo)，和線管地面高程數(shù)據(jù)上下三個(gè)主要單位是按順序編號(hào)，地下管道類型與不同的材料決定的。在此基礎(chǔ)上，重新確定不同品種和編號(hào)類型的管道的管頂及其埋深、管徑、孔號(hào)等附件及其相鄰或連接的接線點(diǎn)。對(duì)于不同空間管道的多個(gè)附件，可以通過(guò)選擇相應(yīng)的單獨(dú)管道模塊直接創(chuàng)建，并將這些單獨(dú)的模塊直接放置在相應(yīng)的管道空間管理位置。在每個(gè)模塊中建立了整體模型之后，可以通過(guò)直接批量導(dǎo)入模塊數(shù)據(jù)來(lái)快速生成所需的所有數(shù)據(jù)模型。

4.3碰撞檢測(cè)

在對(duì)地下管線展開碰撞檢測(cè)時(shí)，由于本次工程中涉及諸多類型的管道線路與附屬物，其中還有諸多附屬物存在于地層之上，這樣碰撞檢測(cè)的難度就會(huì)增加，既需要針對(duì)管道之間的碰撞情況進(jìn)行檢測(cè)，又需要針對(duì)管道和附屬物之間的碰撞情況進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果具體如下。

（1）管線間的碰撞檢測(cè)

在使用BIM的碰撞檢測(cè)軟件的測(cè)試過(guò)程設(shè)計(jì)完成后，一條管線上同時(shí)有兩千多個(gè)碰撞點(diǎn)，這些管線上的碰撞點(diǎn)大部分都是在一條管線連接的同時(shí)發(fā)生碰撞接觸的部位，即熱熔通過(guò)管道與其他附屬的施工方式連接相撞，而不是通過(guò)其他附件連接成線路碰撞連接，這樣可以達(dá)到同時(shí)出現(xiàn)多個(gè)碰撞連接點(diǎn)的主要目的。對(duì)于這種碰撞后的情形，可以暫時(shí)予以忽略不計(jì)，但是在一些小量大口徑多孔連接管線與大量小口徑的單向多孔連接線管之間也可能出現(xiàn)幾十個(gè)交叉連接碰撞的特殊位置， 造成這種特殊情況的主要原因相當(dāng)復(fù)雜：部分是由于檢測(cè)建設(shè)中數(shù)據(jù)采集的巨大誤差;有些人檢測(cè)施工過(guò)程中可以采用的多孔橋式直接繞著多孔連接或使用相應(yīng)的鏈接，但在建筑工程的檢測(cè)是準(zhǔn)確的位置上下兩端多孔管連接，沒有準(zhǔn)確地確定每個(gè)圓線的位置。對(duì)于這些碰撞地點(diǎn)，必須依照碰撞模型所需要顯示的地點(diǎn)位置重新設(shè)計(jì)開展現(xiàn)場(chǎng)碰撞復(fù)測(cè)處理工作，對(duì)于其中可能出現(xiàn)復(fù)測(cè)錯(cuò)誤的地點(diǎn)位置必須進(jìn)行準(zhǔn)確性的勘察，在此基礎(chǔ)上通過(guò)采用附屬物的重新添加或其他解決方案可以建立準(zhǔn)確的排水管線碰撞模型，如下圖所示：

（2）管線和附屬物間的碰撞檢測(cè)

管道與其他附件之間劇烈的碰撞運(yùn)動(dòng)使其更加頻繁，需要顯示的實(shí)際碰撞情況也更加復(fù)雜，在不同碰撞位置點(diǎn)的態(tài)勢(shì)顯示分析結(jié)果中，管道通過(guò)地下窖井時(shí)，不同碰撞位置點(diǎn)可能在管道的不同位置出現(xiàn)最多，這種顯示情況在實(shí)際管道設(shè)計(jì)和工程施工中是相同或一致的。但與此同時(shí)，同一井坑的排水井也會(huì)出現(xiàn)兩條不同的排水管線，這種特殊情形在我國(guó)傳統(tǒng)的大型市政排水管線系統(tǒng)設(shè)計(jì)工程施工管理過(guò)程中，幾乎是不大有可能同時(shí)出現(xiàn)的，產(chǎn)生這種失誤碰撞現(xiàn)象結(jié)果不準(zhǔn)確的主要形成原因之一，是由于在窖井進(jìn)行物探測(cè)定工作時(shí)，沒有對(duì)窖中內(nèi)井的實(shí)際直徑大小和井體運(yùn)行旋轉(zhuǎn)方向情況進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)定，并在進(jìn)行模塊化的設(shè)定工作過(guò)程中，人為地對(duì)窖中的井實(shí)際大小方向進(jìn)行錯(cuò)誤確認(rèn)，從而導(dǎo)致出現(xiàn)了相對(duì)應(yīng)的窖井失誤碰撞現(xiàn)象。在此前的情形下，需要重新開始進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)碰撞復(fù)測(cè)，將現(xiàn)場(chǎng)復(fù)測(cè)后的結(jié)果與實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ椭兴@示的兩個(gè)碰撞點(diǎn)結(jié)果進(jìn)行精度對(duì)比。在設(shè)備進(jìn)行質(zhì)量復(fù)測(cè)對(duì)比作業(yè)時(shí)，不僅必須要準(zhǔn)確測(cè)定固體附屬物的實(shí)際移動(dòng)位置，還要對(duì)其移動(dòng)方向位置進(jìn)行準(zhǔn)確性的測(cè)定，以便于確保質(zhì)量對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果的客觀準(zhǔn)確性。

4.4綜合出圖

根據(jù)要探索的排水線類型的數(shù)據(jù)，利用BIM統(tǒng)計(jì)軟件按順序組合不同類型的排水線，建立了排水線模型。地下排水線的顏色是用不同品種的顏色來(lái)定義的，以便參照目前有關(guān)的國(guó)家地下地球物理管理標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行精確區(qū)分。將檢測(cè)目前所有涉及各種管線、電力輸送管道，管道信息，聯(lián)通管道，管道在網(wǎng)上通話，手機(jī)信號(hào)傳輸管道管線，水管道，天然氣管道運(yùn)輸管道、污水管道和其他背景顏色分別為紅色、粉紅、綠色、藍(lán)色、紫色等顏色。建模完成后，根據(jù)地下排水沖擊檢測(cè)模型的實(shí)際應(yīng)用和規(guī)范，對(duì)沖擊檢測(cè)模型數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析。

結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，將BIM應(yīng)用在既有地下管線三維自動(dòng)化建模之中，完全可以利用技術(shù)特性，強(qiáng)化地下管線工程的整體能力。通過(guò)數(shù)據(jù)整理能夠幫助施工單位收集信息，保證建模數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度，通過(guò)建模能夠幫助施工單位精準(zhǔn)確定每一條地下管線的分布狀況，通過(guò)碰撞檢測(cè)能夠幫助施工單位規(guī)避管線出現(xiàn)碰撞狀況。由此可知，BIM完全可以幫助工程規(guī)避各種問(wèn)題，大幅強(qiáng)化各類工程的整體效益。

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作者簡(jiǎn)介：石大波;1982.01，男，苗族，貴州省思南縣人，遵義醫(yī)學(xué)院，本科學(xué)歷，信息與計(jì)算科學(xué)，從事工程測(cè)繪相關(guān)工作。

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